expo ETM-IS11-113

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深圳市扎克貿(mào)易有限公司 

張瑞 188-24-24-30-80（V同）

Q 306-167-1820

非接觸速度測(cè)量原理非常簡(jiǎn)單。原始的“工具”就是你的眼睛。每個(gè)人都可以通過(guò)鐵路車(chē)廂或車(chē)窗快速瀏覽一下移動(dòng)速度。大腦將通過(guò)評(píng)估到某個(gè)物體的距離及其角速度或僅僅是生活經(jīng)驗(yàn)來(lái)處理信號(hào)。傳感器用于評(píng)估相同的參數(shù)，但精度更高。

首先讓我們考慮一下激光傳感器，因?yàn)樗脑O(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單。為了做到這一點(diǎn)，需要一個(gè)移動(dòng)的物體，一個(gè)光源（否則什么也看不到）和一個(gè)由透鏡和光檢測(cè)器代表的光學(xué)系統(tǒng)來(lái)記錄反射信號(hào)。物體表面的顏色和光潔度是不均勻的，因此在移動(dòng)時(shí)，光電探測(cè)器應(yīng)記錄與速度成正比的信號(hào)頻率。該頻率的典型值由光檢測(cè)器配準(zhǔn)區(qū)域的線性大小和物體穿過(guò)該區(qū)域所需的時(shí)間段定義。因此，該任務(wù)應(yīng)被視為已解決，但是精確度卻是非常需要的。光學(xué)系統(tǒng)記錄了所謂的低頻信號(hào)。為了提高測(cè)量精度，需要使移動(dòng)物體產(chǎn)生的頻譜變窄。這可以通過(guò)空間濾波器（與光學(xué)光柵傳感器有關(guān)的術(shù)語(yǔ)）來(lái)實(shí)現(xiàn)。盡管激光傳感器用于產(chǎn)生條紋（干涉）圖案，即在激光束（檢測(cè)區(qū)域）內(nèi)對(duì)物體照明進(jìn)行周期性調(diào)制。由于激光輻射相干特性，這是可行的，因?yàn)樗泄庾佣荚诠馐卸ㄏ唷３跏脊馐鴳?yīng)一分為二，并在角度上重新合并。在這種情況下，它將形成一個(gè)空間濾波器。

現(xiàn)在，對(duì)象輪廓或顏色越過(guò)此結(jié)構(gòu)濾鏡的任何變化都將生成強(qiáng)度按以下頻率調(diào)制的反射信號(hào)：照明周期–穿越速度。信號(hào)頻譜變得越來(lái)越窄，具體取決于生成的周期數(shù)（周??期越多，頻譜越窄）。奇異的輪廓或顏色變化不僅應(yīng)生成一個(gè)脈沖，而且還應(yīng)生成大多數(shù)脈沖（脈沖組），其數(shù)量由多個(gè)條紋圖案周期定義。例如，實(shí)際上，光束直徑為5 mm，邊緣周期為0.05 mm，將產(chǎn)生100束光束，并相應(yīng)地產(chǎn)生脈沖組。考慮到頻譜與上述低頻信號(hào)相比變窄了大約100倍，因此該信號(hào)現(xiàn)在是不足的，中斷的，被稱為虛假信號(hào)。

在使用光學(xué)傳感器的情況下，物體被均勻的光源（燈泡或LED）照亮，并且周期性的紋理（圖案）位于傳感器內(nèi)部。這為圖案提供了額外的保護(hù)（一個(gè)明顯的例子是雪橇與雪橇），但是卻導(dǎo)致了很多問(wèn)題，包括頻率響應(yīng)（配準(zhǔn)信號(hào)頻率與物體速度之間的比例因數(shù)，取決于Hz / m（m / s）的依賴性。到物體的距離。展望未來(lái)，應(yīng)該注意這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)得到有效解決。

有關(guān)激光和光速傳感器操作的詳細(xì)分析（空間濾波器的生成方法，信號(hào)處理方法等），請(qǐng)參見(jiàn)專論*。理論部分設(shè)在兩百頁(yè)上。然而，沒(méi)有可用于制造傳感器的實(shí)用指南，該指南應(yīng)在真實(shí)和不利條件下工作（例如，主要溫差，各種表面或測(cè)量過(guò)程中的距離變化）。
世界上有一些真正的非接觸式傳感器制造商。大約有10個(gè)激光傳感器制造商，而少于10個(gè)光學(xué)傳感器制造商。在本文中，我們將介紹兩種類(lèi)型的傳感器。

傳感器設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)。激光傳感器采用了基于波前光束分割原理的光學(xué)單塊單元。它提供了一個(gè)穩(wěn)定的條紋圖案，該圖案具有耐溫差性，并且光束傳播的差值為零，從而在距物體的較寬距離范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了大的光束偏移范圍。另外，不需要光學(xué)塊調(diào)整。傳感器接收?qǐng)D案系統(tǒng)的光學(xué)原理圖*消除了物距測(cè)量速度的依賴性，從而保留了較高的光學(xué)照明能力。

帶有信號(hào)處理器的*微電路和微控制器還用于接收模擬電子產(chǎn)品中的硬件信號(hào)處理，從而實(shí)現(xiàn)高頻速度的精確測(cè)量并實(shí)現(xiàn)各種輸出的模擬，頻率和數(shù)字信號(hào)。制造了兩種類(lèi)型的傳感器，它們的標(biāo)稱物距為15至130 cm，測(cè)得的速度范圍為0.01至100 m / s，可用于車(chē)輛的工業(yè)應(yīng)用（詳細(xì)說(shuō)明請(qǐng)參見(jiàn)ISD-3和ISD-5）。

請(qǐng)注意，兩個(gè)傳感器都根據(jù)測(cè)得的速度（按時(shí)間積分速度）來(lái)測(cè)量里程（實(shí)際需要的長(zhǎng)度）。所述可獲得的測(cè)量精度（以測(cè)量頻率表示傳感器的容量）已達(dá)到其實(shí)際極限，實(shí)際上超出了所需的需求。因此，技術(shù)數(shù)據(jù)規(guī)定長(zhǎng)度測(cè)量精度小于0.1％。但是，此參數(shù)取決于長(zhǎng)度本身以及獨(dú)立檢查此準(zhǔn)確性的可能性（從下面給出的示例中可以看出，但是實(shí)際測(cè)量可以更加準(zhǔn)確）。因此，應(yīng)將重點(diǎn)放在測(cè)量的可靠性上，即設(shè)備在不同條件和表面類(lèi)型下應(yīng)*。

還有一些其他評(píng)論與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)任務(wù)下的距離測(cè)量有關(guān)。讓我們假設(shè)有一個(gè)長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)物體（金屬條，玻璃板，布等），應(yīng)將其切成一定長(zhǎng)度的碎片。達(dá)到該值時(shí)，傳感器應(yīng)向執(zhí)行器發(fā)出信號(hào)。假設(shè)有一個(gè)數(shù)字輸出（以太網(wǎng)，USB）可用于讀取當(dāng)前的測(cè)量長(zhǎng)度。例如，在等于50 Hz的測(cè)量頻率和1 m / s的物體速度下，當(dāng)前長(zhǎng)度數(shù)據(jù)增量（1 m / s）/（0.02 sec）= 2 cm。但是，這可能還不夠。但是，有一個(gè)長(zhǎng)脈沖輸出，其比率為每1 m / s 1000 Hz或每米1000脈沖。該輸出頻率每秒更新50次，即在任何速度下測(cè)得的距離增量均應(yīng)等于1 mm。

下面是一些具有精度評(píng)估和測(cè)量頻率的傳感器應(yīng)用示例。

ISD-5激光傳感器在道路上的應(yīng)用測(cè)試。

傳感器安裝的高度大約為50厘米（允許的極限值為35到65厘米）。測(cè)量頻率為54.2 Hz，速度測(cè)量范圍為0.02–110 km / h。裝有傳感器的車(chē)輛在1公里長(zhǎng)的電路路徑上行駛（在城市道路上，在晴天，環(huán)境溫度為–7?С）。車(chē)輛以可變速度（0–50 km / h）行駛了幾站。測(cè)量結(jié)果定義為每3圈-1055.740 m，1056.244 m和1055.33 m，即，考慮到該路徑未*重復(fù)，測(cè)量頻率小于0.05％。

圖1.安裝在車(chē)輛上的ISD-3光學(xué)傳感器和ISD-5激光傳感器進(jìn)行試運(yùn)行。

光學(xué)和激光兩個(gè)傳感器一起使用。它們已如圖1所示安裝在車(chē)輛上。ISD-3傳感器安裝的標(biāo)稱高度距離地面50厘米，ISD-5激光傳感器離地面130厘米，但安裝高度為100厘米。在長(zhǎng)度大致相等的瀝青路面的筆直部分（每個(gè)方向2圈）上取四圈。測(cè)試后，評(píng)估相對(duì)傳感器的測(cè)量差異。結(jié)果示于表1。

表1.光學(xué)ISD-3和激光ISD-5在同一路徑上收到的并行測(cè)量結(jié)果。

因此，在車(chē)輛上使用的兩個(gè)傳感器的實(shí)際測(cè)量質(zhì)量是相等的，并且相對(duì)測(cè)量頻率是基點(diǎn)。還要注意的是，對(duì)于這種類(lèi)型的應(yīng)用，光學(xué)傳感器是更可取的，因?yàn)樗艿挚雇獠控?fù)面影響（溫度，雪，雨），特別是它對(duì)接收光學(xué)污染物的容忍度很高。可以將其與照相相機(jī)進(jìn)行比較：即使鏡頭很臟，仍然可以拍照。同時(shí)，激光傳感器光學(xué)器件上的水滴可能會(huì)導(dǎo)致物體上條紋圖案的強(qiáng)烈破壞。
為了評(píng)估整體測(cè)量質(zhì)量，有一個(gè)圖2所示的帶有貨物列車(chē)的機(jī)車(chē)的加速度/制動(dòng)速度圖（Schsherbinskiy鐵路試驗(yàn)場(chǎng)，ISD-3傳感器，標(biāo)稱距離為80厘米。傳感器安裝在底部）。機(jī)車(chē)，并指向鐵軌）。該圖可以評(píng)估即時(shí)速度測(cè)量的準(zhǔn)確性，因?yàn)殍F路車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)是大平滑速度的一個(gè)示例。同樣作為示例，提供了一些有用的圖形，用于汽車(chē)輪胎在冰上的制動(dòng)測(cè)試（在帶有光學(xué)傳感器的莫斯科Mytishy的冰場(chǎng)Arena上執(zhí)行）。